專利名稱:一種圓筒式氣體加熱爐熱流場的改良結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種對輸送氣體的加熱裝置,特別系在天然氣開采、輸配過 程中對天然氣進(jìn)行加熱升溫的一種裝置。(二) 背景技術(shù)能源是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱,是人類賴以生存的基本保障,清潔能 源又是人與自然和諧發(fā)展的根本途徑。天然氣是大自然賦予人類的重要清潔 能源,因此,其利用技術(shù)受到人類的廣泛重視。在天然氣開采和長途輸運(yùn)過 程中,由于種種原因,必須對大流量的高壓天然氣進(jìn)行加熱防凍,在使用過 程中,用于大型燃?xì)怆姀S時,必須將天然氣加熱到指定溫度,才能達(dá)到良好 效果,在天然氣油氣田中,則常用天然氣加熱爐加熱油、水,以備生產(chǎn)、生 活使用,因此,天然氣加熱爐是天然氣工業(yè)中不可缺少的重要裝備。經(jīng)檢索,中國專利《 一種新型熱風(fēng)爐》專利號CN93241027.8,專利 《一種用于中小型試驗(yàn)裝置反應(yīng)器的保溫爐》專利號CN200420010660. X, 日本特許公開2007-127396《電阻式加熱爐》、日本特許公開2003-128426《具 有低E氣體增幅噴嘴的半對流強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)》公開了一些用氣體、液體或塑 料廢棄物等的加熱爐技術(shù)方案,雖然可以提供較高的加熱溫度,部分裝置的 加熱效率較高,但是均不適宜對天然氣開采和長途輸送中的氣體加熱升溫場 合的應(yīng)用。經(jīng)調(diào)査,國外有一種大容積圓筒內(nèi)同時存在加熱面和受熱面的氣體加熱 爐,使用方便,傳熱效率相對較高,能達(dá)到使用者的要求。其結(jié)構(gòu)為,在具 有一定長度和直徑的圓筒內(nèi),在垂直于軸線的橫截面上以軸心為原點(diǎn)劃分四 個象限,在各象限中分別設(shè)置一條流道,并且上方與下方各自兩條流道在圓 筒的一端相連通,另一端的開口處分別為輸入口和輸出口,上方兩條流道為下方兩條流道為加熱氣體流道,下方加熱氣體輸入 流道為一根管道結(jié)構(gòu),其余,包括上方兩條輸送需要加熱氣體流道和下方加 熱氣體輸出流道為由多根細(xì)管組成的管束結(jié)構(gòu),在大圓筒內(nèi)和四條流道的管 壁之間充滿中間載熱介質(zhì)。通常天然氣加熱爐工作時,用燃料如天然氣、油等燃燒產(chǎn)生的熱來加熱 需要達(dá)到工藝要求的工業(yè)用天然氣。燃料和空氣經(jīng)燃燒器混合噴入大圓筒下 部一側(cè)的火筒燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔?,?jīng)火筒流入后煙箱折入大圓筒下部另一側(cè) 的煙管束,最后經(jīng)煙囪向上排入大氣。由于火筒和煙管束均浸沒在中間載熱 介質(zhì)中,所以在該加熱過程中,高溫?zé)煔鈱崃客ㄟ^火筒壁和煙管束壁傳遞 給中間載熱介質(zhì),中間載熱介質(zhì)吸熱升溫;而需要加熱的工業(yè)用天然氣經(jīng)多 個流程流過被加熱管束,由于被加熱管束同樣浸沒在中間載熱介質(zhì)中,因此 在溫差的作用下,中間載熱介質(zhì)將大部分熱量通過位于大圓筒上部的被加熱 管束壁面?zhèn)鬟f給需要加熱的工業(yè)用天然氣,中間載熱介質(zhì)放熱降溫;上述整 個過程的最終結(jié)果是燃料燃燒放出熱量加熱了需要加熱的工業(yè)用天然氣。 顯然此過程中,中間載熱介質(zhì)傳熱過程的形成,亦即大圓筒內(nèi)流場的組織是 提高天然氣加熱爐效率的重要關(guān)鍵之一,如此結(jié)構(gòu)的裝置在國外己有應(yīng)用例 子。但是在應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)存在如下不足之處a、因?yàn)橘N近火筒和煙管束壁面處的介質(zhì)溫度較高,因此,將形成上升流, 而被加熱管束附近的介質(zhì)溫度相對較低,則將形成下降流,由于中間載熱介 質(zhì)無恰當(dāng)?shù)牧鞯澜M織,二股流體之間發(fā)生對沖,此外,火筒和煙管束之間存 在溫差,被加熱管束的多個回程之間存在溫差,都導(dǎo)致了大圓筒內(nèi)流場組織 的紊亂,造成大圓筒內(nèi)加熱不均勻;b、由于流場上下溫差較小,自然對流的 動力也小,使有效流場的形成發(fā)生困難,大圓筒內(nèi)加熱面和受熱面之間的對 流傳熱非常弱;c、在整個流場中,還存在著不少流動死角,如大圓筒底部等。 所有這些因素都使大圓筒內(nèi)有效傳熱流場被破壞,使加熱面和受熱面的有效 利用降低,從而使天然氣加熱爐效率降低,能耗高,不利于節(jié)能降耗和環(huán)境 保護(hù)。d、在某些場合,比如加熱溫度和輸送溫度相差較小時,由于大圓筒內(nèi)4的流場近乎靜止,傳熱方式接近導(dǎo)熱,這是一種傳熱效率較差的方式,而無 法實(shí)現(xiàn)使用者希望的對流傳熱方式。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種圓筒式氣體加熱爐熱流場的改良結(jié)構(gòu),使得加 熱爐熱流場能順暢地進(jìn)行流動,提高加熱效率。 本發(fā)明的目的由如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種圓筒式氣體加熱爐熱流場的改良結(jié)構(gòu),包括在具有一定長度和直徑 的大圓筒內(nèi),在垂直于軸線的橫截面上以軸心為原點(diǎn),在由垂直正交線劃分 橫截面為四個象限中分別設(shè)置一條流道,且上方與下方各自兩條流道在大圓 筒的一端相連通,另一端的開口處分別為輸入口和輸出口,上方兩條流道為 輸送需要加熱氣體流道,下方兩條流道為加熱氣體流道,下方加熱氣體送入 流道為一根管道結(jié)構(gòu),其余,包括上方兩條輸送需要加熱氣體流道和下方加 熱氣體送出的煙管束流道為由多根細(xì)管組成的管束結(jié)構(gòu),在大圓筒內(nèi)和四條 流道的管壁之間充滿中間載熱介質(zhì),其特征在于在上方輸送需要加熱氣體流道和下方加熱氣體流道之間,沿流道設(shè)置呈 上下方向的導(dǎo)流板。沿流道設(shè)置的導(dǎo)流板,強(qiáng)迫吸收了下方加熱氣體流道內(nèi) 高溫?zé)煔鉄崃康闹虚g載熱介質(zhì)順著導(dǎo)流板方向向上流動,在經(jīng)過上方輸送需 要加熱氣體流道放熱后,沿導(dǎo)流板另一側(cè)向下流動,從而改變了原先純粹自 然垂直向上向下的流動方式,消除了熱流場死角,形成一個均勻加熱、高效 的自然對流熱流場,也消除了現(xiàn)有技術(shù)中無法人為控制,任憑大圓筒內(nèi)由于 流場不均衡而導(dǎo)致的紊亂現(xiàn)象,從而提高了傳熱效率。所述導(dǎo)流板為平板型,且沿大圓筒的軸向分隔為多塊。大圓筒的軸向長 度較長,考慮到大圓筒內(nèi)中間載熱介質(zhì)沿軸向的流動分布,以及導(dǎo)流板的剛 性,因此,導(dǎo)流板沿軸向分割成多塊,無論從加工制作還是使用角度出發(fā)較 為有利。所述導(dǎo)流板為弧狀型,且沿大圓筒的軸向分隔為多塊。在某些場合,導(dǎo) 流板為圓弧形式,使大圓筒內(nèi)的熱流場更順暢均勻,傳熱效果更好。所述導(dǎo)流板設(shè)置在左側(cè)的上、下兩流道間或右側(cè)的上、下兩流道間。在 某些場合,僅需要設(shè)置單側(cè)導(dǎo)流板即可獲得較好的效果,比如,上、下流道 的溫差較大時,單側(cè)導(dǎo)流板能使大圓筒內(nèi)的中間載熱介質(zhì)在圓截面上形成循 環(huán)流動,經(jīng)測試可以取得較好的加熱效果。所述導(dǎo)流板在左、右兩側(cè)對應(yīng)的上、下兩流道間各設(shè)置一條。在某些場 合,如上、下流道的溫差較小時,雙側(cè)設(shè)置導(dǎo)流板使大圓筒內(nèi)形成左右兩個 渦流內(nèi)旋或左右兩個渦流外旋的熱流場,從而獲得更好的傳熱效果。所述導(dǎo)流板以焊接、鉚接或螺栓方式與上、下流道連接。導(dǎo)流板以焊接、 方式與上、下流道連接,加工簡單,使用可靠,故障少;螺栓方式連接,導(dǎo) 流板更換、維護(hù)、維修方便;鉚接方式連接的長短處介于上述兩者之間。所述導(dǎo)流板的上、下兩端交叉設(shè)置,即導(dǎo)流板的上端連接在上方流道的 左下側(cè),下端連接在下方對應(yīng)流道的右上側(cè);或?qū)Я靼宓纳隙诉B接在上方流 道的右下側(cè),下端連接在下方對應(yīng)流道的左上側(cè)。如此交叉配置,更易由局 部到整體產(chǎn)生一個順暢的流動,形成一個均勻的熱流場,提高傳熱效率。本發(fā)明的有益效果和優(yōu)點(diǎn)是a.通過導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)引導(dǎo)組織大圓筒內(nèi)中間載熱介質(zhì)的熱流場,使中間載 熱介質(zhì)形成各種有效的自然對流循環(huán),使流場均勻、流線順暢、熱交換充分, 從而提高傳熱效率,降低天然氣加熱爐的能耗。b.通過導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)組織大圓 筒內(nèi)中間載熱介質(zhì)熱流場,消除了加熱過程中大圓筒內(nèi)原有的流動死角,使 換熱面得到充分利用,提高了換熱效率。加熱爐效率可提高約3%,所產(chǎn)生的 經(jīng)濟(jì)效益是可觀的,本發(fā)明具有十分突出的特點(diǎn)和顯著的優(yōu)越性。C.本發(fā)明 結(jié)構(gòu)簡單,投資小,效益明顯,可在短期內(nèi)回收裝置的投入,易推廣使用。
圖1是圓筒式氣體加熱爐的立體示意圖;圖2是現(xiàn)有技術(shù)圓筒式氣體加熱爐垂直于軸線的橫截面上四條流道以及 熱流場的分布圖;圖3是本發(fā)明加熱爐熱流場的改良結(jié)構(gòu),在右側(cè)上下流道間,設(shè)置單側(cè)導(dǎo)流板,導(dǎo)流板上左下右配置的熱流場分布圖;圖4是本發(fā)明加熱爐熱流場的改良結(jié)構(gòu),在左側(cè)上下流道間,設(shè)置單側(cè)導(dǎo)流板,導(dǎo)流板上右下左配置的熱流場分布圖;圖5是本發(fā)明加熱爐熱流場的改良結(jié)構(gòu)的立體示意圖;圖6是本發(fā)明加熱爐熱流場的改良結(jié)構(gòu),導(dǎo)流板為弧狀型配置的熱流場分布圖;圖7是本發(fā)明加熱爐熱流場的改良結(jié)構(gòu),在左、右兩側(cè)對應(yīng)的上、下兩 流道間各設(shè)置一條導(dǎo)流板,左側(cè)導(dǎo)流板上左下右,右側(cè)導(dǎo)流板上右下左配置 的熱流場分布圖;圖8是本發(fā)明加熱爐熱流場的改良結(jié)構(gòu),在左、右兩側(cè)對應(yīng)的上、下兩 流道間各設(shè)置一條導(dǎo)流板,左側(cè)導(dǎo)流板上右下左,右側(cè)導(dǎo)流板上左下右配置 的熱流場分布圖。圖中,1.輸送需要加熱氣體送出/送入流道,2.輸送需要加熱氣體送入/ 送出流道,3.大圓筒,4.加熱氣體送入流道,5.加熱氣體送出流道,6.導(dǎo)流板。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 實(shí)施例1:由圖3所示,在具有2.65米長度1.22米直徑的大圓筒3內(nèi),且沿大圓 筒的軸向一側(cè)設(shè)置平板型導(dǎo)流板,即在加熱氣體送入流道4與輸送需要加熱 氣體送出流道2之間設(shè)置單側(cè)導(dǎo)流板6,大圓筒3內(nèi)的加熱面與受熱面由于熱 壓和導(dǎo)流板作用,使中間載熱介質(zhì)形成順時針循環(huán)順暢的熱流場,消除"死 角",實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱和均勻加熱。實(shí)施例2:由圖8所示,在具有2.65米長度1.22米直徑的大圓筒3內(nèi),且沿大圓 筒的軸向雙側(cè)設(shè)置平板型導(dǎo)流板,即在加熱氣體送入流道4與輸送需要加熱 氣體送出流道2間,及加熱氣體送出流道5與輸送需要加熱氣體送入流道1間,左、右兩側(cè)對應(yīng)的上、下兩流道間各設(shè)置一條導(dǎo)流板6,配置的導(dǎo)流板6 左側(cè)上右下左,右側(cè)上左下右,大圓筒3內(nèi)的加熱面與受熱面由于熱壓和導(dǎo) 流板作用,使中間載熱介質(zhì)形成左右兩個渦流外旋的熱流場。
權(quán)利要求
1. 一種圓筒式氣體加熱爐熱流場的改良結(jié)構(gòu),包括在具有一定長度和直徑的大圓筒內(nèi),在垂直于軸線的橫截面上以軸心為原點(diǎn),在由垂直正交線劃分橫截面為四個象限中分別設(shè)置一條流道,且上方與下方各自兩條流道在大圓筒的一端相連通,另一端的開口處分別為輸入口和輸出口,上方兩條流道為輸送需要加熱氣體流道,下方兩條流道為加熱氣體流道,下方加熱氣體送入流道為一根管道結(jié)構(gòu),其余,包括上方兩條輸送需要加熱氣體流道和下方加熱氣體送出的煙管束流道為由多根細(xì)管組成的管束結(jié)構(gòu),在大圓筒內(nèi)和四條流道的管壁之間充滿中間載熱介質(zhì),其特征在于在上方輸送需要加熱氣體流道和下方加熱氣體流道之間,沿流道設(shè)置呈上下方向的導(dǎo)流板。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述加熱爐熱流場的改良結(jié)構(gòu),其特征在于所述導(dǎo)流 板為平板型,且沿大圓筒的軸向分隔為多塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述加熱爐熱流場的改良結(jié)構(gòu),其特征在于所述導(dǎo)流 板為弧狀型,且沿大圓筒的軸向分隔為多塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述加熱爐熱流場的改良結(jié)構(gòu),其特征在于所述導(dǎo)流板設(shè)置在左側(cè)的上、下兩流道間或右側(cè)的上、下兩流道間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述加熱爐熱流場的改良結(jié)構(gòu),其特征在于所述導(dǎo)流 板在左、右兩側(cè)對應(yīng)的上、下兩流道間各設(shè)置一條。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述加熱爐熱流場的改良結(jié)構(gòu),其特征在于所述導(dǎo)流 板以焊接、鉚接或螺栓方式與上、下流道連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述加熱爐熱流場的改良結(jié)構(gòu),其特征在于所述導(dǎo)流 板的上、下兩端交叉設(shè)置,即導(dǎo)流板的上端連接在上方流道的左側(cè),下端連 接在下方對應(yīng)流道的右側(cè);或?qū)Я靼宓纳隙诉B接在上方流道的右側(cè),下端連 接在下方對應(yīng)流道的左側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及在天然氣開采、輸配過程中對天然氣進(jìn)行加熱升溫的一種裝置。一種圓筒式氣體加熱爐熱流場的改良結(jié)構(gòu),在大圓筒(3)內(nèi),在橫截面四個象限中分別設(shè)置一條流道,且上方與下方各自兩條流道在大圓筒(3)的一端相連通,另一端的開口處分別為輸入口和輸出口,上方兩條為輸送需要加熱氣體流道,下方兩條為加熱氣體流道,下方加熱氣體送入流道(4)為一根管道結(jié)構(gòu),其余,包括上方兩條輸送需要加熱氣體流道和下方加熱氣體送出流道(5)為由多根細(xì)管組成的管束結(jié)構(gòu),在大圓筒(3)內(nèi)充滿中間載熱介質(zhì),在上方輸送需要加熱氣體流道和下方加熱氣體流道之間,沿流道設(shè)置呈上下方向的導(dǎo)流板。采用本技術(shù)方案能提高加熱效率約3%。
文檔編號F24H7/02GK101261037SQ20081003644
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者平 嚴(yán), 曹偉武, 韻 郭, 錢尚源 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)